KR102550449B1 - Semiconductor manufacturing device having embedded fluid conduits and method of forming the conduit - Google Patents

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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

다양한 실시예들은 애디티브 제조 프로세스(예를 들어, 3-D 프린팅)를 이용하여 반도체 제조 디바이스(예를 들어, 이온 주입기)의 컴포넌트내에 내장되는 도관을 형성하기 위한 접근법들을 본 출원에 제공되고, 도관은 가열, 냉각, 및 그것의 가스 분배를 제공하기 위해 컴포넌트 전체에 유동체를 전달하도록 구성된다. 일 접근법에서, 도관은 도관내에 유동체 흐름 특성들을 변화시키기 위해 도관의 내부 표면상에 형성된 양각 표면 피처들의 세트를 포함한다. 다른 접근법에서, 도관은 헬리컬 구성으로 형성될 수 있다. 다른 접근법에서, 도관은 다각형 단면을 갖도록 형성된다. 다른 접근법에서, 이온 주입기의 컴포넌트는 이온 소스, 플라즈마 플러드 건, 냉각 판, 플래튼, 및 아크 챔버 베이스 중 적어도 하나를 포함한다.Various embodiments are provided herein with approaches for forming a conduit that is embedded within a component of a semiconductor manufacturing device (eg, an ion implanter) using an additive manufacturing process (eg, 3-D printing); The conduit is configured to convey fluid throughout the component to provide heating, cooling, and gas distribution thereof. In one approach, the conduit includes a set of raised surface features formed on the inner surface of the conduit to change fluid flow characteristics within the conduit. In another approach, the conduit may be formed in a helical configuration. In another approach, the conduit is formed to have a polygonal cross section. In another approach, the components of the ion implanter include at least one of an ion source, a plasma flood gun, a cold plate, a platen, and an arc chamber base.

Description

내장된 유동체 도관들을 갖는 반도체 제조 디바이스 및 도관을 형성하는 방법Semiconductor manufacturing device having embedded fluid conduits and method of forming the conduit

본 개시는 전반적으로 반도체 디바이스 제조 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 제조 디바이스 안에 형성된 복잡한 내장 유동체 채널들을 갖는 반도체 제조 디바이스에 관한 것이다.[0002] This disclosure relates generally to the field of semiconductor device fabrication, and more particularly to semiconductor fabrication devices having complex embedded fluid channels formed therein.

반도체 제조에서, 이온 주입은 다양한 반도체기반 제품들의 생산 동안에 반도체 웨이퍼들의 특성들을 바꾸기 위한 흔한 기술이다. 이온 주입은 전도성 변경 불순물들 (예를 들어, 도펀트 주입들)을 도입하기 위해서, 결정 표면들 (예를 들어, 사전-비정질화)을 변경하기 이해서, 매립된 층(buried layer)들 (예를 들어, 할로 주입들)을 생성하기 위해서, 오염 물질들을 위한 게터링 사이트(gettering site)들을 생성하기 위해서, 및 확산 장벽(diffusion barrier)들 (예를 들어, 불소 및 탄소 동시-주입(co-implant))을 생성하기 위해서 사용될 수 있다. 또한, 이온 주입은 평판 디스플레이 제조에서, 및 다른 표면 처리에서 합금 금속 컨택 면적들을 위한 것과 같은 비-트랜지스터 애플리케이션들에 사용될 수 있다. 모든 이들 이온 주입 애플리케이션들은 전체적으로 재료 특성 변경의 영역을 형성하는 것으로 분류될 수 있다.In semiconductor manufacturing, ion implantation is a common technique for altering the properties of semiconductor wafers during the production of various semiconductor-based products. Ion implantation is used to modify crystalline surfaces (eg, pre-amorphization), to introduce conductivity-altering impurities (eg, dopant implants), and to remove buried layers (eg, dopant implants). eg, halo implants), to create gettering sites for contaminants, and diffusion barriers (eg, fluorine and carbon co-implantation). implant))). Ion implantation can also be used in non-transistor applications, such as for alloy metal contact areas in flat panel display fabrication, and in other surface treatments. All of these ion implantation applications can be categorized as forming an area of material property change as a whole.

많은 도핑 프로세스들에서, 희망하는 불순물 재료(impurity material)는 이온화되고, 결과로 발생한 이온들은 미리 규정된 에너지의 이온 빔을 형성하기 위해 가속되고, 그리고 이온 빔은 반도체 기반 웨이퍼와 같은 타겟 기판의 표면에 보내진다. 이온 빔의 활성 이온들은 웨이퍼의 벌크(bulk) 반도체 재료 안으로 침투하고 그리고 희망하는 도전성의 영역을 형성하기 위해서 반도체 재료의 결정질 격자(crystalline lattice)안에 박힌다.In many doping processes, the desired impurity material is ionized, the resulting ions are accelerated to form an ion beam of predefined energy, and the ion beam is directed to the surface of a target substrate, such as a semiconductor-based wafer. is sent to Active ions of the ion beam penetrate into the bulk semiconductor material of the wafer and are embedded in the crystalline lattice of the semiconductor material to form regions of desired conductivity.

이온 주입기(ion implanter)는 보통 이온들을 생성하기 위하여 이온 소스를 포함한다. 이온 소스들은 동작 동안 상당한 양의 열을 생성한다. 열은 작업 가스(working gas)의 이온화의 산물이고, 이온 소스에 고온 플라즈마로 귀결된다. 작업 가스를 이온화하기 위해서, 자기 회로는 이온 소스의 이온화 영역에 자기장을 생산하도록 구성된다. 자기장은 작업 가스가 존재하는 이온화 영역내 강한 자기장과 상호 작용한다. 전기장이 캐소드(cathode)와 양으로(positively) 대전된 애노드 사이에 수립되고, 여기서 캐소드는 전자들을 방출한다. 자기 회로가 자기적으로 투과성인 재료로 만들어진 자극편(pole piece) 및 자석을 이용하여 수립된다. 이온 소스의 측면(side)들 및 베이스(base)는 자기 회로의 다른 컴포넌트들이다. 동작시에, 플라즈마의 이온들이 이온화 영역에 생성되고 그런 다음 유도된 전기장에 의해 이온화 영역으로부터 다른 데로 가속된다.An ion implanter usually includes an ion source to generate ions. Ion sources generate a significant amount of heat during operation. Heat is a product of ionization of the working gas, resulting in a hot plasma in the ion source. To ionize the working gas, the magnetic circuit is configured to produce a magnetic field in the ionization region of the ion source. The magnetic field interacts with the strong magnetic field in the ionized region where the working gas is present. An electric field is established between a cathode and a positively charged anode, where the cathode emits electrons. A magnetic circuit is established using magnets and pole pieces made of magnetically permeable material. The sides and base of the ion source are other components of the magnetic circuit. In operation, ions of the plasma are created in the ionization region and then accelerated away from the ionization region by the induced electric field.

특히, 자석은 특별히 많은 이온 소스들의 동작 온도 범위들에서 열적으로 민감한 컴포넌트이다. 예를 들어, 단지 열의 방사에 의해 냉각되는 많은 엔드-홀(end-Hall) 이온 소스들에서, 방전 파워(discharge power)는 대략 1000 Watts로 제한될 수 있고, 이온 전류는 특별히 자석에 대한 열적 손상을 방지하기 위해서 대략 1.0 Amps로 제한될 수 있다. 더 높은 방전 파워들, 따라서 더 높은 이온 전류들을 관리하기 위해서, 이온 소스의 다른 컴포넌트들 및 자석에 도달하는 열의 양을 줄이기 위한 직접 애노드 냉각 시스템들이 개발되어 왔다. In particular, a magnet is a thermally sensitive component, especially in the operating temperature ranges of many ion sources. For example, in many end-Hall ion sources that are cooled only by the radiation of heat, the discharge power can be limited to approximately 1000 Watts, and the ion current is particularly susceptible to thermal damage to the magnet. may be limited to approximately 1.0 Amps to prevent To manage higher discharge powers and thus higher ion currents, direct anode cooling systems have been developed to reduce the amount of heat reaching the magnet and other components of the ion source.

하나의 이런 애노드 냉각 시스템은 중공 애노드로 흐르는 냉각제 라인들 및 중공 애노드(hollow anode)을 통과하는 펌핑 냉각제(coolant)를 포함한다. 구체적으로, 이온 소스로부터의 재료가 제거되고 (예를 들어, 서브트랙티브(subtractive) 제조 프로세스를 이용하여) 이온 소스의 측벽의 길이를 따라서 두개의 축 도관(axial conduit)들을 형성하고, 축 도관들은 180 도 이격될 수 있다. 불행하게도, 이 축 도관 구성은 이온 소스 전체에 균일한 냉각을 제공하는 능력을 제한한다.One such anode cooling system includes coolant lines flowing into a hollow anode and pumping coolant through the hollow anode. Specifically, material from the ion source is removed (eg, using a subtractive fabrication process) to form two axial conduits along the length of a sidewall of the ion source, can be spaced 180 degrees apart. Unfortunately, this axial conduit configuration limits the ability to provide uniform cooling throughout the ion source.

본 발명에 따른 대표적인 방법은 애디티브(additive) 제조 프로세스를 이용하여 반도체 제조 디바이스의 컴포넌트내에 내장되는 도관을 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 도관은 상기 도관의 내부 표면상에 형성된 양각(raised) 피처들의 세트를 포함한다.An exemplary method according to the present invention may include forming a conduit that is embedded within a component of a semiconductor manufacturing device using an additive manufacturing process, the conduit being raised on an interior surface of the conduit. ) contains a set of features.

본 발명에 따른 대표적인 방법은 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 이온 주입기의 컴포넌트내에 내장되는 도관을 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 도관은 상기 도관의 내부 표면상에 형성된 양각된 표면 피처들의 세트를 포함한다. 상기 양각 표면 피처들의 세트는 상기 도관의 내부 구역으로 연장될 수 있다. An exemplary method according to the present invention may include forming a conduit embedded within a component of an ion implanter using an additive manufacturing process, the conduit comprising a set of raised surface features formed on an interior surface of the conduit. include The set of raised surface features may extend into an interior region of the conduit.

본 발명에 따른 대표적인 반도체 제조 디바이스는 상기 반도체 제조 디바이스의 컴포넌트내에 내장된 도관으로서, 상기 도관은 복수의 파도 모양(undulation)들을 갖도록 형성되는, 상기 도관을 포함할 수 있다. 상기 이온 주입기는 상기 도관의 내부 표면상에 형성된 양각 표면 피처들의 세트를 더 포함할 수 있고, 상기 양각 표면 피처들의 세트는 상기 도관의 내부 구역내로 연장된다.An exemplary semiconductor manufacturing device in accordance with the present invention may include a conduit embedded within a component of the semiconductor manufacturing device, wherein the conduit is formed with a plurality of undulations. The ion implanter may further include a set of raised surface features formed on an inner surface of the conduit, the set of raised surface features extending into an inner region of the conduit.

도 1a는 본 발명에 따른 반도체 제조 디바이스의 컴포넌트를 예시하는 등축의 반-투명 도면이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 이온 주입기의 컴포넌트를 예시하는 측면도이다.
도 2a는 도 1a에 도시된 이온 주입기의 컴포넌트내의 도관을 예시하는 단면도이다.
도 2b는 도 1a에 도시된 이온 주입기의 컴포넌트내의 도관을 예시하는 측면도이다.
도면들 3a-3d는 도 1a에 도시된 이온 주입기의 컴포넌트내의 도관의 표면을 따라 형성된 다양한 양각 표면 피처들을 예시하는 등축도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 반도체 제조 디바이스의 다른 컴포넌트를 예시하는 등축도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 이온 주입기의 컴포넌트를 예시하는 등축 반-투명도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 반도체 제조 디바이스의 다른 컴포넌트를 예시하는 등축도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 이온 주입기의 컴포넌트를 예시하는 등축 반-투명도이다.
도 5c는 도 5b에 도시된 이온 주입기의 컴포넌트를 예시하는 측면도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 반도체 제조 디바이스의 다른 컴포넌트를 예시하는 등축도이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 이온 주입기의 컴포넌트를 예시하는 등축 반-투명도이다.
도 7a는 본 발명에 따른 반도체 제조 디바이스의 다른 컴포넌트를 예시하는 등축반-투명도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 이온 주입기의 컴포넌트를 예시하는 측면도이다.
도 8a는 본 발명에 따른 반도체 제조 디바이스의 다른 컴포넌트를 예시하는 등축도이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 이온 주입기의 컴포넌트를 예시하는 등축 반-투명도이다.
도 9는 본 개시에 따른 대표적인 방법을 예시하는 플로우 차트이다.
도면들은 반드시 축척에 맞지는 않다. 도면들은 단지 표현들이고, 본 개시의 특정 파라미터들을 나타내도록 의도되지 않는다. 도면들은 본 개시의 대표적인 실시예들을 도시하도록 의도되고, 따라서 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않는다. 도면들에서, 같은 넘버링(numbering)은 같은 엘리먼트들을 나타낸다.
1A is an isometric semi-transparent diagram illustrating components of a semiconductor manufacturing device in accordance with the present invention.
FIG. 1B is a side view illustrating components of the ion implanter shown in FIG. 1A.
FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating a conduit within a component of the ion implanter shown in FIG. 1A.
FIG. 2B is a side view illustrating conduits within the components of the ion implanter shown in FIG. 1A.
Figures 3A-3D are isometric views illustrating various raised surface features formed along the surface of a conduit within a component of the ion implanter shown in Figure 1A.
4A is an isometric view illustrating other components of a semiconductor manufacturing device in accordance with the present invention.
FIG. 4B is an isometric semi-transparency diagram illustrating components of the ion implanter shown in FIG. 4A.
5A is an isometric view illustrating other components of a semiconductor manufacturing device in accordance with the present invention.
FIG. 5B is an isometric semi-transparency diagram illustrating components of the ion implanter shown in FIG. 5A.
5C is a side view illustrating components of the ion implanter shown in FIG. 5B.
6A is an isometric view illustrating other components of a semiconductor manufacturing device in accordance with the present invention.
6B is an isometric semi-transparency diagram illustrating components of the ion implanter shown in FIG. 6A.
7A is an equiaxial semi-transparency diagram illustrating another component of a semiconductor manufacturing device in accordance with the present invention.
FIG. 7B is a side view illustrating components of the ion implanter shown in FIG. 7A.
8A is an isometric view illustrating other components of a semiconductor manufacturing device in accordance with the present invention.
8B is an isometric semi-transparency diagram illustrating components of the ion implanter shown in FIG. 8A.
9 is a flow chart illustrating a representative method according to the present disclosure.
The drawings are not necessarily to scale. The drawings are representations only and are not intended to represent specific parameters of the present disclosure. The drawings are intended to depict representative embodiments of the present disclosure and are therefore not to be considered limiting in scope. In the drawings, like numbering indicates like elements.

본 개시에 따른 디바이스 및 방법은 디바이스 및 방법의 실시예들이 도시된 첨부 도면들에 도면 번호와 함께 더욱 완전하게 설명될 것이다. 디바이스 및 방법은 많은 상이한 형태들로 구현될 수도 있으며, 본 출원에 설명되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 이들 실시예들은 본 개시가 철저하고 그리고 완벽하도록 하기 위해, 그리고 당업자들에게 본 시스템 및 방법의 범위를 충분히 전달되도록 하기 위해 제공된다.DEVICES AND METHODS ACCORDING TO THE PRESENT DISCLOSURE WILL BE MORE COMPLETELY DESCRIBED WITH REFERENCE NUMBERS IN THE DRAWINGS INVOLVING EMBODIMENTS OF THE DEVICE AND METHOD. Devices and methods may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. These embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the system and method to those skilled in the art.

편의 및 명확성의 목적을 위하여, 용어들 예컨대 "최상부(top)," "바닥(bottom)," "상단(upper)," "하단(lower)," "수직(vertical)," "수평(horizontal)," "측방(lateral)," 및 "길이 방향(longitudinal)"은 도면들에 나타나는 반도체 제조 디바이스의 컴포넌트의 방위 및 기하학적 구조에 대하여 이들 컴포넌트들 및 그것들의 구성 파트들의 방위 및 상대적 배치를 설명하기 위해 본 출원에서 사용될 것이다. 상기 용어는 구체적으로 언급된 워드들, 그것의 파생어들, 및 유사한 취지의 워드들을 포함할 것이다. For convenience and clarity purposes, terms such as “top,” “bottom,” “upper,” “lower,” “vertical,” “horizontal )," "lateral," and "longitudinal" describe the orientation and relative arrangement of these components and their component parts with respect to the orientation and geometry of the components of the semiconductor manufacturing device appearing in the figures. will be used in this application for The term shall include the specifically mentioned words, their derivatives, and words of like import.

본 출원에서 사용되는, 워드 “a” 또는 “an”로 진행되고, 단수로 나열된 엘리먼트 또는 동작은 배제가 명백하게 언급되지 않는 경우를 제외하고 복수 엘리먼트들 또는 동작들을 배제하지 않은 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 본 발명의 “일 실시예”에 대한 언급은 또한 나열된 특징부들을 통합하는 추가의 실시예들의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다. As used in this application, an element or operation proceeding with the word “a” or “an” and listed in the singular is to be understood as not excluding plural elements or operations, except where the exclusion is not expressly stated. Moreover, references to “one embodiment” of the present invention are not intended to be construed as excluding the existence of additional embodiments that also incorporate the recited features.

앞에서의 도면에서, 본 출원에 제공된 다양한 실시예들은 애디티브(additive) 제조 프로세스(예를 들어, 3-D 프린팅)를 이용하여 반도체 제조 디바이스의 컴포넌트(예를 들어, 이온 주입기)내에 내장되는 도관을 형성하기 위한 접근법들을 포함하고, 도관은 가열, 냉각, 또는 그것의 가스 분배를 제공하기 위해 컴포넌트 전체에 유동체를 전달하도록 구성된다. 일 접근법에서, 도관은 도관내에 유동체 흐름 특성들을 변화시키기 위해 도관의 내부 표면상에 형성된 양각 표면 피처들의 세트를 포함한다. In the foregoing figures, various embodiments presented in the present application are conduits that are embedded within a component (eg, ion implanter) of a semiconductor manufacturing device using an additive manufacturing process (eg, 3-D printing). wherein the conduit is configured to convey fluid throughout the component to provide heating, cooling, or gas distribution thereof. In one approach, the conduit includes a set of raised surface features formed on the inner surface of the conduit to change fluid flow characteristics within the conduit.

본 출원에 개시된 이온 주입기는 3-D 프린팅과 같은 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 형성된 하나 이상의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 특별히, 본 발명은 하나 이상의 애디티브 제조 기술들을 이용하여 3-D 컴포넌트 (예를 들어, 애디티브 제조 파일 포맷 (AMF: additive manufacturing file format) 및 스테레오리소그래피 (STL: stereolithography) 파일 포맷)의 디지털 표현들로부터 층층의(layer-by-layer) 방식으로 3-D 피처들을 프린팅하기 위한 시스템 및 프로세스에 관한 것이다. 애디티브 제조 기술들의 예들은 압출기반 기술들, 젯팅(jetting), 선택적 레이저 소결(sintering), 파우더/바인더 젯팅(jetting), 전자-빔 용융화(melting), 및 스테레오리소그래피 프로세스들을 포함한다. 이들 기술들에 대하여, 3-D 부품의 디지털 표현은 다수의 수평 층들로 처음에 슬라이스(slice)된다. 소정의 슬라이스된 층에 대하여, 그런 다음 소정의 층을 프린트하기위해 특정 애디티브 제조 시스템을 위한 명령들을 제공하여 툴 경로(tool path)가 생성된다.The ion implanter disclosed herein may include one or more components formed using an additive manufacturing process such as 3-D printing. In particular, the present invention provides a digital representation of a 3-D component (e.g., an additive manufacturing file format (AMF) and a stereolithography (STL) file format) using one or more additive manufacturing techniques. A system and process for printing 3-D features in a layer-by-layer manner from Examples of additive manufacturing techniques include extrusion-based techniques, jetting, selective laser sintering, powder/binder jetting, electron-beam melting, and stereolithography processes. For these techniques, a digital representation of a 3-D part is initially sliced into multiple horizontal layers. For a given sliced layer, a tool path is then created providing commands for the specific additive manufacturing system to print the given layer.

일 예에서, 본 발명의 컴포넌트들은 3-D 컴포넌트가 유동성(flowable) 부품 재료를 압출함으로써 층층의 방식으로 3-D 컴포넌트의 디지털 표현으로부터 프린트될 수 있는 압출기반의(extrusion-based) 애디티브 제조 시스템을 이용하여 형성될 수 있다. 부품 재료는 시스템의 프린트 헤드에 의해 지탱되는 압출 팁을 통하여 압출 성형되고, 평면 층들에 플래튼 상에 로드(road)들의 세트로서 증착된다. 압출 성형된 부품 재료는 앞에서 증착된 부품 재료에 퓨즈(fuse)되고, 온도 강하시에 고체화된다(solidify). 기판에 관하여 프린터 헤드의 위치는 그런 다음 증분되고, 프로세스는 디지털 표현을 닮은 3-D 부품을 형성하기 위해 반복된다.In one example, the components of the present invention are extrusion-based additive manufacturing in which the 3-D component can be printed from a digital representation of the 3-D component in a layer-by-layer fashion by extruding a flowable part material. It can be formed using the system. Part material is extruded through an extrusion tip carried by the system's print head and deposited as a set of roads on a platen in planar layers. The extruded component material fuses with the previously deposited component material and solidifies upon a drop in temperature. The position of the printer head relative to the substrate is then incremented, and the process is repeated to form a 3-D part resembling a digital representation.

다른 예에서, 본 발명의 컴포넌트들은 재료를 층들에 위치시키는 기술 퓨즈된 증착 모델링 (FDM : fused deposition modeling)을 통하여 형성될 수 있다. 플라스틱 필라멘트 또는 금속 와이어는 컴포넌트를 생성하기 위해 코일로부터 권치되지 않을 수 있고(unwound) 배치될 수 있다. FDM은 추가로 컴포넌트에 대하여 STL 파일을 컴퓨터 프로세싱하는 단계를 포함한다. 동작 동안, FDM은 재료의 비드(bead)들을 압출하기 위해 노즐을 사용한다. 노즐은 재료를 용융시키기 위해 또는 그렇지 않으면, 재료를 보다 유연하게 만들기 위해 가열될 수 있다. 압출 헤드는 비드들을 증착하기 위해 노즐에 결합될 수 있다. 노즐은 수평 및 수직 방향들로 이동가능할 수 있다. 노즐은 직선(rectilinear) 디자인 또는 델타 로봇을 갖는 로봇 메커니즘, 예를 들어 로봇 메커니즘에 의해 제어될 수 있다. 압출 헤드는 스텝퍼(stepper) 모터들, 서보(servo) 모터들, 또는 다른 유형들의 모터들에 의해 이동될 수 있다. 노즐 및 압출 헤드는 컴퓨터에 의해 제어 가능할 수 있고, 여기서 컴퓨터는 예를 들어, 로봇 메커니즘 및 모터에 제어 지침들을 발송할 수 있다.In another example, the components of the present invention may be formed through fused deposition modeling (FDM), a technique that places material into layers. A plastic filament or metal wire may be unwound from the coil and placed to create a component. FDM further involves computer processing the STL file for components. During operation, FDM uses a nozzle to extrude beads of material. The nozzle may be heated to melt the material or otherwise make the material more pliable. An extrusion head may be coupled to the nozzle for depositing the beads. The nozzle may be movable in horizontal and vertical directions. The nozzle may be controlled by a robotic mechanism, eg a robotic mechanism, with a rectilinear design or a delta robot. The extrusion head may be moved by stepper motors, servo motors, or other types of motors. The nozzle and extrusion head may be computer controllable, where the computer may issue control instructions to, for example, robotic mechanisms and motors.

또 다른 예에서, 본 발명의 컴포넌트들은 선택적 레이저 소결 (SLS : selective laser sintering) 프로세스를 이용하여 형성된다. SLS는 희망하는 3 차원 형상으로 재료의 입자들을 퓨즈하기 위해 레이저, 예를 들어, 이산화탄소 레이저의 사용을 포함할 수 있다. 예시 재료들은 플라스틱들, 금속들, 및 세라믹들을 포함할 수 있다. SLS는 몇몇의 재료들을 이용하여, 예를 들어, 상이한 재료의 층들을 이용하여 또는 믹싱 상이한 재료들을 함께 혼합함으로써 적용될 수 있다. 재료들은 폴리머 예컨대 나일론 (니트(neat), 유리-충전된(glass-filled), 또는 다른 충전제들을 갖는) 또는 폴리스티렌, 스틸(steel)을 포함 금속들, 티타늄, 합금 혼합물들, 및 합성물들 및 그린 샌드(green sand)을 포함할 수 있다. 재료들은 파우더의 형태로 있을 수 있다.In another example, the components of the present invention are formed using a selective laser sintering (SLS) process. SLS may involve the use of a laser, such as a carbon dioxide laser, to fuse particles of material into a desired three-dimensional shape. Example materials may include plastics, metals, and ceramics. SLS can be applied using several materials, for example using layers of different materials or by mixing different materials together. Materials include polymers such as nylon (neat, glass-filled, or with other fillers) or polystyrene, metals including steel, titanium, alloy mixtures, and composites and green It may contain green sand. The ingredients may be in the form of a powder.

SLS는 파우더 베드(bed)의 표면상에 컴포넌트의 3-D 디지털 설명으로부터 (예를 들어, CAD 파일로부터) 생성된 단면들을 스캐닝함으로써 선택적으로 재료를 퓨즈하기 위해 레이저를 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 단면이 스캔된 후에, 파우더 베드는 미리 결정된 층 두께에 기초하여 낮추어지고, 재료의 새로운 층이 최상부에 도포될 수 있고, 프로세스는 반복된다. 이것은 컴포넌트가 완전히 제조될 때까지 계속될 수 있다.SLS may include using a laser to selectively fuse material by scanning cross sections created from a 3-D digital description of a component (eg, from a CAD file) on the surface of a powder bed. . After the cross section is scanned, the powder bed is lowered based on a predetermined layer thickness, a new layer of material can be applied on top, and the process repeated. This may continue until the component is completely manufactured.

부품 재료의 층들을 증착함으로써 3-D 부품들을 제조할 때, 지지 층들 또는 구조들이 위에 걸친 부분(overhanging portion)들 아래에 또는 건조중인 3-D 부품들의 공동(cavity)들 안에 세워질 수 있고, 부품 재료 그 자체에 의해 지지되지 않을 수 있다. 지지 구조는 부품 재료를 증착하기 위한 동일한 증착 기술들을 이용하여 건조될 수 있다. 호스트 컴퓨터 형성되고 있는 3-D 부품의 위에 걸치거나 또는 빈-공간(free-space) 세그먼트들을 위한 지지 구조로서 작용하는 추가 기하학적 구조를 생성한다. 지지 재료는 그런 다음 프린팅 프로세스 동안에 생성된 기하학적 구조에 따라서 증착된다. 지지 재료는 제조 동안에 부품 재료에 부착되고, 프린팅 프로세스가 완료된 때 완성된 3-D 부품으로부터 제거 가능하다.When manufacturing 3-D parts by depositing layers of part material, support layers or structures can be built under overhanging portions or in cavities of the 3-D parts being built; It may not be supported by the material itself. The support structure can be dried using the same deposition techniques for depositing the component material. The host computer creates additional geometry that spans over the 3-D part being formed or acts as a support structure for free-space segments. A support material is then deposited according to the geometry created during the printing process. The support material is attached to the part material during manufacturing and is removable from the finished 3-D part when the printing process is complete.

이제 도면들 1a-1b를 참조하여, 본 발명에 따른 반도체 제조 디바이스 (예를 들어, 이온 주입기 (10))의 부분을 예증하는 일 대표적인 실시예가 도시된다. 이온 주입기 (10)는 이온 주입기 (10)의 컴포넌트 (18) (예를 들어, 이온 소스)내에 내장된 도관 (14)을 포함하고, 도관 (14)은 가열, 냉각, 또는 그것의 가스 분배를 제공하기 위해 컴포넌트 (18) 전체에 액체 및/또는 가스 분배를 위해 사용되는 것으로 본 출원에서 설명된다. Referring now to FIGS. 1A-1B, one representative embodiment illustrating a portion of a semiconductor manufacturing device (eg, ion implanter 10) in accordance with the present invention is shown. The ion implanter 10 includes a conduit 14 embedded within a component 18 (eg, an ion source) of the ion implanter 10, the conduit 14 for heating, cooling, or gas distribution thereof. It is described herein as being used for liquid and/or gas distribution throughout component 18 to provide

도시된 바와 같이, 도관 (14)은 컴포넌트 (18)의 측벽 (30)의 내부 표면 (22)과 외부 표면 (26)사이에 위치되고, 예를 들어, 이온 소스를 위한 내장된 냉각 채널들을 나타낸다. 도관 (14)은 측벽 (30)을 따라서 연장될 수 있고, 베이스 섹션 (42)내에 위치된 입구 (40)로부터 가스 또는 액체를 취하여 컴포넌트 (18)의 원위 단부 (44)로 가스 또는 액체를 전달한다. 도관 (14)은 그런 다음 컴포넌트 (18)의 근위 단부 (52)에 위치된 출구 (48)로 가스 또는 액체를 빼낼 수 있다. 도시된 바와 같이, 도관 (14)은 헬리컬 구성으로 형성될 수 있고, 컴포넌트 (18) 둘레에 360° 연장될 수 있다. 나선형(helix)으로 도관 (14)을 형성하는 것은 유동체가 컴포넌트 (18)를 통하여 보다 고르게 분배되는 것을 가능하여서 서로 전혀 다른 온도 편차들의 발생을 줄인다. 다른 실시예들에서, 도관 (14)은 복수의 파도 모양(undulation)들, 커브들, 등, 또는 사실상 임의의 다른 상상가능한 구성으로 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 가스 또는 액체는 냉각제(coolant)로 사용될 수 있고, 여기서 예제들은 제논 (Xe), 아르곤 (Ar), 오일, 또는 물을 포함한다. As shown, conduit 14 is located between inner surface 22 and outer surface 26 of sidewall 30 of component 18 and represents embedded cooling channels, for example for an ion source. . A conduit 14 may extend along the sidewall 30 and takes a gas or liquid from an inlet 40 located within the base section 42 and delivers the gas or liquid to a distal end 44 of the component 18. do. Conduit 14 may then withdraw gas or liquid to an outlet 48 located at the proximal end 52 of component 18 . As shown, conduit 14 may be formed in a helical configuration and may extend 360° around component 18 . Forming the conduit 14 in a helix allows the fluid to be distributed more evenly through the component 18 reducing the occurrence of divergent temperature variations. In other embodiments, conduit 14 may be formed into a plurality of undulations, curves, etc., or virtually any other conceivable configuration. In various embodiments, a gas or liquid may be used as the coolant, where examples include xenon (Xe), argon (Ar), oil, or water.

앞에서 언급된 바와 같이, 컴포넌트 (18)는 전통적인 서브트랙티브(subtractive) 제조 기술들, 예컨대 드릴링을 이용하여 실행가능하지 않고 도관 기하학적 구조를 솔리드(solid) 컴포넌트들내에 내장시키는 것을 가능하게 하는 애디티브(additive) 제조 프로세스를 이용하여 (예를 들어, 3-D 프린팅) 형성될 수 있다. 3-D 프린팅은 단지 간단한 직선이 아니라, 원형 채널들을 허용한다. 3-D 프린팅은 추가적으로 복잡한 경로들 및 프로파일들을 임의의 재료로 허용하고, 이상적인 기하학적 구조(geometry)가 제조되는 것을 허용한다. As previously mentioned, component 18 is an additive material that makes it possible to embed conduit geometries into solid components without being feasible using traditional subtractive manufacturing techniques, such as drilling. It can be formed using an additive manufacturing process (eg, 3-D printing). 3-D printing allows for circular channels, not just simple straight lines. 3-D printing additionally allows complex paths and profiles in any material and allows ideal geometries to be fabricated.

도면들 1a-b에 도시된 실시예에서, 도관 (14)의 복잡하게 프로파일링된 헬리컬 구성은 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 컴포넌트의 형성동안에 컴포넌트 (18)내에 인레이(inlay)될 수 있다. 도관 (14)은 가열, 냉각, 및 가스 분배에 한정되지 않지만 이들을 포함하는 특정 애플리케이션에 적합한 고유 단면 프로파일을 가질 수 잇다. In the embodiment shown in Figures 1a-b, a complex profiled helical configuration of conduit 14 may be inlayed into component 18 during formation of the component using an additive manufacturing process. Conduit 14 may have a unique cross-sectional profile suitable for specific applications including, but not limited to, heating, cooling, and gas distribution.

하나의 이런 비 제한적인 애플리케이션은 도면들 1b 및 2a-b에 도시된 바와 같이 오각형의 단면을 갖는 인레이된 물-냉각 채널이다. 이 실시예에서, 도관 (14)의 오각형 단면은 바닥 표면 (56), 측벽들 (60, 64)의 세트, 및 전체적으로 삼각형-형상의 최상부 부분 (68)에 의해 정의된다. 도관 (14)은 유동체가 흐르는 내부 구역 (72)을 추가로 정의한다. 도관 (14)의 오각형 단면(pentagonal cross sectioned conduit)은 오각형 도관 (14)의 측벽들 (60, 64)의 평평하고 얇은 단면 기하학적 구조는 컴포넌트 (18)내 플라즈마와 도관 (14)을 통하여 흐르는 유동체 사이의 더 큰 열 전송을 제공하기 때문에 예를 들어, 원형 단면 도관에 비하여 성능을 최대화한다. 이 실시예에서 도관 (14)은 예시의 목적으로 오각형으로 도시된다. 특히, 도관 (14)에 대하여 사실상 임의의 상상가능한 단면이 가능하다. 이것은 임의의 규칙적이거나 또는 불규칙적인 다각형, 예를 들어, 삼각형, 별(star), 초승달, 사다리꼴, 크라운(crown), 직사각형, 육각형, 등을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다.One such non-limiting application is an inlaid water-cooling channel with a pentagonal cross-section as shown in Figures 1b and 2a-b. In this embodiment, the pentagonal cross section of conduit 14 is defined by a bottom surface 56 , a set of sidewalls 60 , 64 , and an overall triangular-shaped top portion 68 . Conduit 14 further defines an interior zone 72 through which fluid flows. The pentagonal cross sectioned conduit of conduit 14 is the flat, thin cross section geometry of the sidewalls 60, 64 of the conduit 14 is the plasma in the component 18 and the fluid flowing through the conduit 14. It maximizes performance compared to, for example, circular cross-section conduits because it provides greater heat transfer between the conduits. Conduit 14 in this embodiment is shown as a pentagon for illustrative purposes. In particular, virtually any conceivable cross section is possible for conduit 14 . This includes, but is not limited to, any regular or irregular polygon, such as a triangle, star, crescent moon, trapezoid, crown, rectangle, hexagon, etc.

다른 비 제한적인 실시예에서, 도면들 1b-2a에 추가 도시된 대로, 컴포넌트 (18)는 복수의 도관들을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 도관 (14)에 추가하여, 컴포넌트 (18)는 가스를 이온 소스에 전달하기 위해 측벽 (30)내에 형성된 원형 단면 채널 (76)을 더 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 채널 (76)은 도관 (14) 부분을 따라서 연장되고 뒤따른다. 대표적인 실시예들에서, 채널 (76)은 하나 이상의 애디티브 제조 프로세스들을 이용하여 유사하게 형성된다. In another non-limiting embodiment, as further shown in Figures 1b-2a, component 18 may include a plurality of conduits. In other words, in addition to conduit 14, component 18 may further include a circular cross-section channel 76 formed within sidewall 30 for delivering gas to the ion source. As shown, channel 76 extends along and follows a portion of conduit 14 . In representative embodiments, channel 76 is similarly formed using one or more additive manufacturing processes.

이제 도 2b를 참조하여, 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 도관 (14)을 따라서 형성된 표면 피처(feature)들의 세트가 도시된다. 대표적인 실시예들에서, 표면 피처들, 예컨대 양각 표면 피처(raised surface feature)들 80A-N은 도관 (14)을 통과하는 유동체의 흐름 특성들을 제어하기 위해 선택될 수 있어서, 냉각되거나 또는 가열된 유동체의 열적 성능을 초래한다. 도시된 바와 같이, 도관 (14)은 도관 (14)의 내부 표면 (예를 들어, 측벽들 60, 64)상에 형성된 양각 표면 피처들 80A-N의 세트를 포함하고, 양각 표면 피처들 80A-N의 세트는 도관 (14)의 내부 구역(72)으로 연장되어 도관 내부에 흐르는 유동체의 흐름 특성들에 영향을 미친다. 양각 표면 피처들 80A-N은 도시된 바와 같이, 측벽들 (60 및 64)을 따라서 및/또는 다른 실시예들에서 바닥 표면 (56)을 따라서 형성될 수 있다.Referring now to FIG. 2B , a set of surface features formed along conduit 14 using an additive manufacturing process is shown. In representative embodiments, surface features, such as raised surface features 80A-N, may be selected to control the flow characteristics of the fluid through conduit 14, such that the cooled or heated fluid of thermal performance. As shown, conduit 14 includes a set of relief surface features 80A-N formed on an interior surface of conduit 14 (e.g., sidewalls 60, 64), including relief surface features 80A-N. The set of N extends into the inner region 72 of the conduit 14 and affects the flow characteristics of the fluid flowing inside the conduit. Embossed surface features 80A-N may be formed along sidewalls 60 and 64 and/or along bottom surface 56 in other embodiments, as shown.

대표적인 실시예들에서, 양각 표면 피처들 80A-N은 예를 들어, 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 컴포넌트 (18)의 제조 동안에 형성될 수 있다. 이와 같이, 양각 표면 피처들 80A-N은 희망하는 유동체 흐름 (예를 들어, 난류(turbulent flow) 또는 매끈한, 층류(laminar flow))을 생성하기 위해 임의 개수의 표면 피처 기하학적 구조 및 복잡한 구조(complexity)들을 포함할 수 있고, 여기서 이런 표면 피처 기하학적 구조 및 복잡한 구조들은 서브트랙티브 제조 기술들을 이용하여 실현가능하게 만들어지지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 도금(plating)이 표면 조도(surface roughness)를 바꾸고 따라서 흐름을 바꾸기 위해서 제조 후에 도관 (14) 의 하나 이상의 표면들에 적용될 수 있다. In representative embodiments, raised surface features 80A-N may be formed during manufacture of component 18 using, for example, an additive manufacturing process. As such, relief surface features 80A-N can be any number of surface feature geometry and complexity to create the desired fluid flow (eg, turbulent flow or smooth, laminar flow). ), where such surface feature geometries and complex structures may not feasibly be made using subtractive fabrication techniques. In another embodiment, plating may be applied to one or more surfaces of conduit 14 after fabrication to change surface roughness and thus alter flow.

일 비 제한적인 실시예에서, 도면들 2b 및 3a에 도시된 바와 같이, 양각 표면 피처들 80A-N은 내부 측벽 (60)상에 형성된 복수의 균일하게 패터닝된 리지(ridge)들에 해당하고 도관 (14)을 통과하는 유동체의 흐름에 전체적으로 평행하게 배향된다. 이 실시예에서, 복수의 리지들은 도관 (14)의 내부 구역 (72)으로 연장되고, 전체적으로 직사각형 단면을 가진다. 리지들은 흐름 방향에 평행하거나 또는 수직일 수 있고, 흐름을 안내하거나, 흐름/방향을 변경하고, 유효 표면 조도를 바꾸기 위해 사용될 수 있다. 표면 조도(surface roughness)를 바꾸는 것은 소용돌이(eddy)를 형성할 수 있고, 더 많은 난류를 생성할 수 있다. In one non-limiting embodiment, as shown in FIGS. 2B and 3A, the relief surface features 80A-N correspond to a plurality of uniformly patterned ridges formed on the inner sidewall 60 and conduit. oriented generally parallel to the flow of fluid through (14). In this embodiment, a plurality of ridges extend into the inner region 72 of the conduit 14 and have a generally rectangular cross-section. Ridges can be parallel or perpendicular to the flow direction and can be used to guide the flow, change the flow/direction, and change the effective surface roughness. Changing the surface roughness can form eddies and create more turbulence.

다른 비 제한적인 실시예에서, 도면들 3b에 도시된 바와 같이, 양각 표면 피처들 80A-N은 내부 표면 (60)상에 형성된 복수의 균일하게 패터닝된 리지(ridge)들에 해당하고 경사지거나(angled) 또는 V-형상의 패턴으로 구성된다. 이 실시예에서, 복수의 리지들은 도관 (14)의 내부 구역 (72)(도 2b)로 연장되고, 전체적으로 직사각형 단면을 가진다. In another non-limiting embodiment, as shown in Figures 3B, the relief surface features 80A-N correspond to a plurality of uniformly patterned ridges formed on the interior surface 60 and are sloped ( angled) or V-shaped patterns. In this embodiment, a plurality of ridges extend into the inner region 72 (FIG. 2B) of conduit 14 and have a generally rectangular cross-section.

다른 비 제한적인 실시예들, 도면들 3c-d에 도시된 바와 같이, 양각 표면 피처들 80A-N의 세트는 도관 (14)의 내부 표면, 예를 들어, 측벽 (60)상에 형성된 복수의 돌출부들에 해당한다. 돌출부들은 반원형 프로파일 (예를 들어, 도 3c에 도시된) 또는 육방정계 프로파일 (예를 들어, 도 3d에 도시된)을 가질 수 있다. 이들 실시예들에서, 복수의 돌출부들은 도관 (14)의 내부 구역 (72)(도 2b)로 연장되고, 도관(14)내에 유동체에 난류를 생성하도록 제공된다. 돌출부(protrusion)들은 흐름을 안내하거나(directing), 흐름/방향을 변경하고, 및 유효 표면 조도를 바꾸기 위해 사용될 수 있다. 표면 조도(surface roughness)를 바꾸는 것은 소용돌이를 형성할 수 있고, 더 많은 난류를 생성할 수 있다. 추가적으로, 소정의 돌출부는 화학 반응을 위한 활성화 사이트, 또는 유동체의 하나 이상의 상태들을 감지하기 위한 센싱 사이트일 수 있다. In other non-limiting embodiments, as shown in FIGS. 3C-D, the set of raised surface features 80A-N may be formed on the inner surface of the conduit 14, eg, the sidewall 60. Corresponds to protrusions. The protrusions may have a semi-circular profile (eg, shown in FIG. 3C) or a hexagonal profile (eg, shown in FIG. 3D). In these embodiments, a plurality of protrusions extend into the inner region 72 ( FIG. 2B ) of the conduit 14 and are provided to create turbulence in the fluid within the conduit 14 . Protrusions can be used to direct flow, change flow/direction, and change the effective surface roughness. Changing the surface roughness can form vortices and create more turbulence. Additionally, a given protrusion may be an activating site for a chemical reaction, or a sensing site for sensing one or more states of a fluid.

이제 도면들 4a-4b를 참조하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 이온 주입기 (100)의 부분을 예증하는 일 대표적인 실시예가 도시된다. 이온 주입기 (100)는 컴포넌트 (118)내에 내장된 도관 (114)을 포함하고, 이 비 제한적인 실시예에서 컴포넌트 (118)는 플라즈마 플러드 건 (PFG : plasma flood gun)에 해당한다.Referring now to FIGS. 4a-4b, one representative embodiment illustrating a portion of an ion implanter 100 according to another aspect of the present invention is shown. The ion implanter 100 includes a conduit 114 embedded within a component 118, which in this non-limiting embodiment corresponds to a plasma flood gun (PFG).

PFG는 빔 내 양(positive)의 이온들을 중성화하기 위한 음의 전자들을 제공하기 위해 이온 주입기 (100)내에서 사용될 수 있다. 특별히, PFG는 웨이퍼 또는 타겟 기판상에 이온 빔의 충돌이 이루어지기 바로 전에 착신하는(incoming) 이온 빔에 근접한 플래튼 근처에 위치될 수 있다. PFG는 플라즈마 챔버(120)를 포함하며, 여기서 플라즈마는 아르곤(Ar), 크세논(Xe) 또는 크립톤(Kr)과 같은 불활성기체의 원자들의 이온화를 통해 생성된다. 플라즈마로부터의 낮은 에너지의 전자들이 이온 빔 내로 도입되어 과도하게 양으로 대전된 웨이퍼를 중화시키기 위해 타겟 웨이퍼 쪽으로 끌려간다. PFG can be used in the ion implanter 100 to provide negative electrons to neutralize the positive ions in the beam. Specifically, the PFG may be placed near the platen in close proximity to the incoming ion beam just prior to impingement of the ion beam on the wafer or target substrate. The PFG includes a plasma chamber 120, where plasma is created through ionization of atoms of a noble gas such as argon (Ar), xenon (Xe) or krypton (Kr). Low energy electrons from the plasma are introduced into the ion beam and attracted toward the target wafer to neutralize the excessively positively charged wafer.

도 4b에 도시된 바와 같이, 내장된 도관 (114)은 컴포넌트 (118)를 관통하여 열 제어 및 가스 분배를 제공한다. 대표적인 실시예들에서, 내장된 도관 (114)은 컴포넌트 (118) 전체에 보다 균일한 열 성능, 보다 이상적인 가스 분배, 더 작은 포락선(envelope) (즉, 보다 적은 체적 측정의 요건들, 보다 적은 기하학적 구조, 보다 적게 점유된 체적/공간), 및 축소된 수의 부품들을 제공할 수 있어서 비용을 줄이고 제조가 용이하다. 내장된(embedded) 도관 (114)은 함께 조립된 다수의 부품들을 가지는 것으로부터 기인한 잠재적인 오염을 또한 줄일 수 있다. 상기에서 설명된 실시예들에 유사하게, 컴포넌트 (118) 및 도관은 애디티브 제조 프로세스들을 이용하여 형성된다. 다양한 실시예들에서, 도관 (114)은 도면들 3a-3d에 도시되고 상기에서 설명된 임의의 것들을 포함하여 임의 개수의 단면 프로파일들 및/또는 양각 표면 피처들을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 4B , embedded conduit 114 passes through component 118 to provide heat control and gas distribution. In representative embodiments, embedded conduit 114 provides more uniform thermal performance throughout component 118, more ideal gas distribution, a smaller envelope (i.e., less volumetric requirements, less geometrical structure, less occupied volume/space), and a reduced number of parts to reduce cost and ease of manufacture. Embedded conduit 114 can also reduce potential contamination resulting from having multiple parts assembled together. Similar to the embodiments described above, component 118 and conduit are formed using additive manufacturing processes. In various embodiments, conduit 114 may include any number of cross-sectional profiles and/or raised surface features, including any of those shown in FIGS. 3A-3D and described above.

이제 도면들 5a-c를 참조하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 이온 주입기 (200)의 부분을 예증하는 일 대표적인 실시예가 도시된다. 이온 주입기 (200)는 컴포넌트 (218)내에 내장된 복수의 도관들(214)을 포함하고, 이 비 제한적인 실시예에서 컴포넌트 (218)는 자석과의 사용을 위한 냉각 판(cooling plate)에 해당한다.Referring now to Figures 5a-c, one representative embodiment illustrating a portion of an ion implanter 200 in accordance with another aspect of the present invention is shown. Ion implanter 200 includes a plurality of conduits 214 embedded within a component 218, which in this non-limiting embodiment is a cooling plate for use with a magnet. do.

상기에서 논의된 바와 같이, 자석은 이온 소스의 이온화 영역에 자기장을 생산하도록 이온 주입기(200)내에서 사용될 수 있다. 자석은 특별히 알려진 이온 소스들의 동작 온도 범위들에서 열적으로 민감한 컴포넌트이기 때문에, 냉각 판은 자석에 영향을 미치는 온도를 줄이기 위해 자석에 부착될 수 있다. As discussed above, a magnet may be used within the ion implanter 200 to produce a magnetic field in the ionization region of the ion source. Since the magnet is a thermally sensitive component, especially in the operating temperature ranges of known ion sources, a cooling plate may be attached to the magnet to reduce the temperature affecting the magnet.

도면들 5b-c에 도시된 바와 같이, 냉각 판 (즉, 컴포넌트 (218))은 자석에 증가된 냉각을 제공하도록 그 안에 내장된 복수의 복잡한 도관들(214)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 하나 이상의 도관들 (214)은 냉각 판의 안쪽 개구(226)을 둘러싸고, 외주부(outer perimeter) (230)로 연장된다. 이 실시예에서, 다수의 평행 경로들이 희망하는 냉각을 제공하고, 한편 또한 냉각제의 순수 온도 증가 및 압력 강하를 제한한다. 냉각 판은 애디티브 제조 프로세스들을 이용하여 하나의 단편(piece)로 형성될 수 있기 때문에, 냉각 판의 컴포넌트들 사이의 계면에 의해 야기되는 차선의 열적 성능이 배제된다. 더욱이, 도관 (214)의 프로파일은 많은 실행 가능한 도관 구성들을 제한하는 기술들 및 냉각 튜브들 제조 및 설치(lay)에 의해 제약되지 않는다. As shown in Figures 5b-c, the cooling plate (ie, component 218) includes a plurality of intricate conduits 214 embedded therein to provide increased cooling to the magnet. As shown, one or more conduits 214 surround an inner opening 226 of the cooling plate and extend to an outer perimeter 230 . In this embodiment, multiple parallel paths provide the desired cooling, while also limiting the net temperature increase and pressure drop of the coolant. Because the cold plate can be formed in one piece using additive manufacturing processes, sub-optimal thermal performance caused by the interface between the components of the cold plate is eliminated. Moreover, the profile of conduit 214 is not constrained by cooling tubes manufacture and lay and techniques that limit many viable conduit configurations.

이제 도면들 6a-b를 참조하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 이온 주입기 (300)의 부분을 예증하는 일 대표적인 실시예가 도시된다. 이온 주입기 (300)는 컴포넌트 (318)내에 내장된 복수의 도관들(314)을 포함하고, 이 비 제한적인 실시예에서 컴포넌트 (318)는 아크 챔버 베이스(arc chamber base)에 해당한다.Referring now to FIGS. 6A-B, one representative embodiment illustrating a portion of an ion implanter 300 in accordance with another aspect of the present invention is shown. The ion implanter 300 includes a plurality of conduits 314 embedded within a component 318, which in this non-limiting embodiment corresponds to an arc chamber base.

아크 챔버 베이스는 전기적으로 전도성인 (예를 들어, 텅스텐) 챔버 벽들 (334)의 세트 및 에너지가 관련된 이온들을 생성하기 위해 도펀트 피드 가스(feed gas)에 첨가되는 이온화 존을 정의하는 간접적으로 가열된 캐소드 (IHC : indirectly heated cathode) 아크 챔버와 접촉할 수 있다 . 상이한 피드 가스들이 특정 도펀트 특성들을 이온 빔들을 형성하는데 사용되는 플라즈마를 획득하기 위해 복수의 도관들 (314)을 통하여 이온 소스 챔버에 공급된다. 예를 들어, 비교적 높은 챔버 온도에서의 도펀트 가스로서 H2, BF3, GeF4, PH3 및 AsH3의 도입은 낮은, 중간 및 높은 주입 에너지들을 갖는 단원자(mono-atom)들로 나누어진다. 이들 이온들은 빔으로 형성되고, 빔은 그런 다음 소스 필터 (미도시)를 통과한다. The arc chamber base has a set of electrically conductive (e.g., tungsten) chamber walls 334 and an indirectly heated material defining an ionization zone in which a dopant feed gas is added to create energy related ions. May come into contact with the indirectly heated cathode (IHC) arc chamber. Different feed gases are supplied to the ion source chamber through a plurality of conduits 314 to obtain a plasma with specific dopant characteristics that is used to form the ion beams. For example, the introduction of H 2 , BF 3 , GeF 4 , PH 3 and AsH 3 as dopant gases at a relatively high chamber temperature is divided into mono-atoms with low, medium and high implantation energies. . These ions are formed into a beam, and the beam then passes through a source filter (not shown).

도 6b에 도시된 바와 같이, 도관들 (314)은 그 내부에 열 제어 및 가스 분배를 제공하기 위해 아크 챔버 베이스 (즉, 컴포넌트 (318))내에 내장될 수 있다. 도관들 (314)은 특별히 서브트랙티브 제조 기술들을 이용하는 기계에 어려운 재료들에 대하여 보다 이상적인 가스 분배 때문에 보다 균일한 열적 성능을 제공한다. 도관들 (314)은 또한 작은 포락선을 제공하고 더 적은 전체 부품들을 수반하여, 비용을 줄이고 제조가 더 용이해진다. 상기에서 설명된 실시예들에 유사하게, 도관(314)을 포함하는 컴포넌트 (318)는 애디티브 제조 프로세스들을 이용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도관 (314)은 도면들 3a-3d에 도시되고 상기에서 설명된 임의의 것들을 포함하여 임의 개수의 단면 프로파일들 및/또는 양각 표면 피처들을 포함할 수 있다. As shown in FIG. 6B, conduits 314 may be embedded within the arc chamber base (ie, component 318) to provide thermal control and gas distribution therein. Conduits 314 provide more uniform thermal performance due to more ideal gas distribution, especially for materials that are difficult to machine using subtractive manufacturing techniques. Conduits 314 also provide a smaller envelope and involve fewer overall parts, reducing cost and making them easier to manufacture. Similar to the embodiments described above, component 318 including conduit 314 may be formed using additive manufacturing processes. In some embodiments, conduit 314 can include any number of cross-sectional profiles and/or raised surface features, including any of those shown in FIGS. 3A-3D and described above.

이제 도면들 7a-b를 참조하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 이온 주입기 (400)의 부분을 예증하는 일 대표적인 실시예가 도시된다. 이온 주입기 (400)는 컴포넌트 (418)내에 내장된 복수의 도관들(414)을 포함하고, 이 비 제한적인 실시예에서 컴포넌트 (418)는 웨이퍼를 보유하기 위해 사용되는 플래튼(platen)에 해당한다. Referring now to Figures 7a-b, one representative embodiment illustrating a portion of an ion implanter 400 in accordance with another aspect of the present invention is shown. Ion implanter 400 includes a plurality of conduits 414 embedded within a component 418, which in this non-limiting embodiment corresponds to a platen used to hold a wafer. do.

도시된 바와 같이, 도관 (414)은 컴포넌트 (418)의 내부 표면 (438)상에 형성될 수 있고, 예를 들어, 내장된 냉각 채널을 나타낸다. 도관 (414)은 입구 (440)로부터 가스 또는 액체를 취할 수 있고 컴포넌트 (418)를 통과하여 출구 (448)로 액체 또는 가스를 전달한다. 도시된 바와 같이 이 비 제한적인 실시예에서, 도관 (414)은 일반적으로 코일로 형성될 수 있다. 도관 (414)을 이런 구성으로 형성하는 것은 유동체가 컴포넌트(418) 전체에 보다 고르게 분배되는 것을 가능하여서 증강된 열 관리를 제공한다. As shown, conduit 414 can be formed on interior surface 438 of component 418 and represents, for example, an embedded cooling channel. Conduit 414 can take gas or liquid from inlet 440 and conveys the liquid or gas through component 418 to outlet 448 . As shown, in this non-limiting embodiment, conduit 414 may be formed generally from a coil. Forming conduit 414 in this configuration allows the fluid to be more evenly distributed throughout component 418 providing enhanced thermal management.

상기에서 설명된 실시예들에 유사하게, 컴포넌트 (418)는 애디티브 제조 프로세스들을 이용하여 형성될 수 있다. 도면들 7a-b에 도시된 실시예에서, 도관 (414)의 복잡한 코일 구성은 예를 들어, 하나의 단편으로서 컴포넌트 (418)와 동시에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도관 (414)은 도면들 3a-3d에 도시되고 상기에서 설명된 임의의 것들을 포함하여 임의 개수의 단면 프로파일들 및/또는 양각 표면 피처들을 포함할 수 있다. Similar to the embodiments described above, component 418 may be formed using additive manufacturing processes. In the embodiment shown in FIGS. 7a-b, the complex coil configuration of conduit 414 may be formed simultaneously with component 418, for example as one piece. In some embodiments, conduit 414 can include any number of cross-sectional profiles and/or raised surface features, including any of those shown in FIGS. 3A-3D and described above.

이제 도면들 8a-8b를 참조하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 이온 주입기 (500)의 부분을 예증하는 일 대표적인 실시예가 도시된다. 이온 주입기 (500)는 컴포넌트 (518)내에 내장된 복수의 도관들(514A-D)을 포함하고, 이 비 제한적인 실시예에서 컴포넌트 (518)는 암(arm) 또는 연결 엘리먼트에 해당한다. Referring now to FIGS. 8A-8B , one representative embodiment illustrating a portion of an ion implanter 500 according to another aspect of the present invention is shown. The ion implanter 500 includes a plurality of conduits 514A-D embedded within a component 518, which in this non-limiting example corresponds to an arm or connecting element.

도시된 바와 같이, 복잡한 프로파일된 도관들 (514A-D)는 메커니즘의 부품들 또는 단편들로 내장될 수 있어서 움직이는 컴포넌트들 안에 그것의 열 관리, 가스 분배, 또는 케이블 관리를 허용하고, 동시에 추가 배관 운용에 대한 요구를 회피시킨다. 이 예에서, 도관 (514A)은 컴포넌트 (518)의 근위 단부 (546)로부터 원위 단부 (552)까지 연장되는 케이블 도관을 나타낼 수 있다. 도관 (514B)은 컴포넌트 (518)의 근위 단부 (546)로부터 원위 단부 (552)까지 또한 연장되는 가스 또는 열 관리 도관을 나타낼 수 있다. 한편, 도관들 (514C-514D)는 원위 단부 (552)로부터 측벽 (558)을 통과하는 개별 출구들까지 컴포넌트 (518)을 따라서 부분적으로 연장되는 가스 또는 열 관리 도관들을 나타낼 수 있다. 상기에서 설명된 실시예들에 유사하게, 도관(514 A-D)을 포함하는 컴포넌트 (518)는 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도관들 (514A-D)은 도면들 3a-3d에 도시되고 상기에서 설명된 임의의 것들을 포함하여 임의 개수의 단면 프로파일들 및/또는 양각 표면 피처들을 포함할 수 있다. As shown, complex profiled conduits 514A-D can be embedded as parts or pieces of a mechanism to allow for its thermal management, gas distribution, or cable management within moving components, while adding additional plumbing. Avoid the demands of operation. In this example, conduit 514A can represent a cable conduit extending from proximal end 546 to distal end 552 of component 518 . Conduit 514B may represent a gas or thermal management conduit that also extends from the proximal end 546 to the distal end 552 of component 518 . Conduits 514C-514D, on the other hand, may represent gas or thermal management conduits that extend partially along component 518 from distal end 552 to individual outlets through sidewall 558 . Similar to the embodiments described above, component 518 comprising conduits 514 A-D may be formed using an additive manufacturing process. In some embodiments, conduits 514A-D may include any number of cross-sectional profiles and/or raised surface features, including any of those shown in FIGS. 3A-3D and described above.

이제 도 9를 참조하여, 본 발명에 따른 반도체 제조 디바이스의 컴포넌트내에 내장되는 도관을 형성하기 위한 대표적인 방법 (600)을 예시하는 흐름도가 도시된다. 방법(600)은 도면들 1a-8b에 도시된 표현들과 함께 설명될 것이다.Referring now to FIG. 9, a flow diagram illustrating a representative method 600 for forming a conduit embedded within a component of a semiconductor manufacturing device in accordance with the present invention is shown. The method 600 will be described with representations shown in Figures 1a-8b.

방법 (600)은 블럭(601)에 도시된 바와 같이 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 반도체 제조 디바이스(예를 들어, 이온 주입기) 의 컴포넌트내에 내장되는 도관을 형성하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 도관은 용융된 증착 모델링, 압출기반 프로세스, 젯팅(jetting), 선택적 레이저 소결(sintering), 파우더/바인더 젯팅(jetting), 전자-빔 용융화(melting), 및 스테레오리소그래피 프로세스 중 하나에 의해 컴포넌트내에 내장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도관은 복수의 파도 모양(undulation)들로, 예를 들어, 헬리컬 구성으로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도관은 다각형 단면을 갖도록 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도관은 오각형 단면을 갖도록 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 도관들은 컴포넌트내에 형성될 수 있고, 복수의 도관들 중 적어도 하나는 원형 단면을 가질 수 있다. 방법 (600)은 블럭 (603)에 도시된 바와 같이 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 도관의 내부 표면상에 양각 표면 피처들의 세트를 형성하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 양각 표면 피처들의 세트는 도관의 내부 구역으로 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 양각 피처들의 세트는 복수의 돌출부들 및/또는 복수의 리지들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Method 600 includes forming a conduit embedded within a component of a semiconductor manufacturing device (eg, an ion implanter) using an additive manufacturing process as shown at block 601 . In some embodiments, the conduit can be used in molten deposition modeling, extrusion-based processes, jetting, selective laser sintering, powder/binder jetting, e-beam melting, and stereolithography processes. It can be embedded in a component by one of them. In some embodiments, the conduit may be formed in a plurality of undulations, for example in a helical configuration. In some embodiments, the conduit may be formed to have a polygonal cross section. In some embodiments, the conduit may be formed to have a pentagonal cross section. In some embodiments, a plurality of conduits may be formed within the component, and at least one of the plurality of conduits may have a circular cross section. Method 600 further includes forming a set of relief surface features on the interior surface of the conduit using an additive manufacturing process as shown at block 603 . In some embodiments, the set of raised surface features may extend into an interior region of the conduit. In some embodiments, the set of relief features may include at least one of a plurality of protrusions and/or a plurality of ridges.

상기의 면에서, 적어도 이하의 장점들이 본 출원에 개시된 실시예들에 의해 달성된다. 첫째로, 본 출원에 개시된 도관들은 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 솔리드(solid) 오브젝트내에 형성된다. 이와 같이, 도관들은 통상의 서브트랙티브 제조 기술들 (예를 들어, 드릴링)을 이용하여 성취할 수 없는 복잡한 형상들, 프로파일들, 및 단면들을 갖도록 형성될 수 있다. 결과적으로, 컴포넌트들은 이상적인 기하학적 구조에 근접하게 디자인될 수 있어서, 유동체 시스템들의 개선된 열적 성능을 제공한다. 두번째로, 본 출원에 개시된 도관들의 애디티브 제조는 그것의 표면 마감(finish) 및 피처들의 보다 상당한 제어를 가능하게 하여, 따라서 그 내부에서 흐르는 유동체의 흐름 특성들에 영향을 미친다. 개시된 실시예들에 따라, 도관들의 내부 표면 피처들은 컴포넌트의 제조 동안에 형성될 수 있다. 이들 표면 피처들은 희망하는 흐름 특성들 (예를 들어, 난류)을 달성하기 위해 변화될 수 있고 서브트랙티브 제조 기술들를 이용하여서는 실행가능하지 않다. In view of the above, at least the following advantages are achieved by the embodiments disclosed in this application. First, the conduits disclosed in this application are formed in a solid object using an additive manufacturing process. As such, conduits can be formed with complex shapes, profiles, and cross-sections that cannot be achieved using conventional subtractive fabrication techniques (eg, drilling). As a result, components can be designed that approximate ideal geometries, providing improved thermal performance of fluid systems. Second, the additive fabrication of the conduits disclosed in this application allows greater control over their surface finish and features, thus influencing the flow characteristics of the fluid flowing therein. According to the disclosed embodiments, the inner surface features of the conduits may be formed during manufacture of the component. These surface features can be varied to achieve desired flow characteristics (eg, turbulence) and are not feasible using subtractive fabrication techniques.

본 개시의 임의 실시예들이 본 출원에서 설명되었지만, 본 개시는 거기에 한정되지 않고, 따라서 본 개시는 당해 기술분야가 허용하고 상세한 설명이 비슷하게 이해되는 광범위한 범위에 있을 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 단지 특정한 실시예들의 예증으로, 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 당해 기술분야의 통상의 기술자들은 본 출원에 첨부된 청구항들의 범위 및 취지내의 다른 수정예들을 구상할 것이다.Although certain embodiments of the present disclosure have been described herein, the present disclosure is not limited thereto, and thus the present disclosure is subject to wide scope as the art permits and the detailed description is similarly understood. Accordingly, the above detailed description is only illustrative of specific embodiments and should not be construed as limiting. Those skilled in the art will envision other modifications within the scope and spirit of the claims appended hereto.

Claims (15)

방법에 있어서,
애디티브 제조 프로세스(additive manufacturing process)를 이용하여 이온 소스의 관형(tubular) 컴포넌트의 측벽의 내부 표면과 외부 표면 사이에 도관(conduit)을 형성하는 단계, - 상기 애디티브 제조 프로세스는 적층되는 일련의 재료의 수평 층을 상기 컴포넌트의 원하는 구성으로 증착함으로써 상기 도관 및 상기 컴포넌트를 동시에 형성하는 단계를 포함하고, 상기 도관은 상기 도관의 내부 표면상에 형성된 양각(raised) 피처(feature)들의 세트를 포함하고, 상기 도관은 바닥 표면, 측벽들의 세트, 및 삼각형-형상의 최상부 부분에 의해 정의된 오각형 단면을 가짐-;
상기 관형 컴포넌트의 베이스 섹션(base section) 내에 위치된 입구 및 출구를 상기 도관과 연결하는 단계를 포함하고, 상기 입구, 상기 출구 및 상기 도관은 상기 관형 컴포넌트를 통해 냉각 유동체(cooling fluid)를 전달하도록 동작 가능한, 방법.
in the method,
forming a conduit between an inner surface and an outer surface of a sidewall of a tubular component of an ion source using an additive manufacturing process, the additive manufacturing process comprising a series of layered simultaneously forming the conduit and the component by depositing a horizontal layer of material in a desired configuration of the component, the conduit comprising a set of raised features formed on an inner surface of the conduit. and the conduit has a pentagonal cross-section defined by a bottom surface, a set of side walls, and a triangular-shaped top portion;
connecting an inlet and an outlet located within a base section of the tubular component with the conduit, wherein the inlet, the outlet and the conduit are configured to convey a cooling fluid through the tubular component. operable, how.
청구항 1에 있어서, 상기 양각 피처들의 세트는 상기 도관의 내부 구역내로 연장되는, 방법. The method of claim 1 , wherein the set of relief features extends into an interior region of the conduit. 청구항 1에 있어서, 상기 양각 피처들의 세트는 복수의 돌출부들, 및 복수의 리지(ridge)들 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.The method of claim 1 , wherein the set of relief features includes at least one of a plurality of protrusions, and a plurality of ridges. 청구항 1에 있어서, 상기 관형 컴포넌트의 상기 측벽의 전체 원주 둘레에 헬리컬(helical) 구성으로 상기 도관을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법. The method of claim 1 further comprising forming the conduit in a helical configuration around the full circumference of the side wall of the tubular component. 청구항 1에 있어서, 압출 기반 기술들, 젯팅(jetting), 선택적 레이저 소결(sintering), 파우더/바인더 젯팅(jetting), 전자-빔 용융화(melting), 및 스테레오리소그래피 프로세스(stereolithographic process) 중 하나에 의해 상기 관형 컴포넌트 내에 내장되는 상기 도관을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.The method of claim 1 in one of the extrusion-based techniques, jetting, selective laser sintering, powder/binder jetting, e-beam melting, and a stereolithographic process. forming the conduit to be embedded within the tubular component by 방법에 있어서,
애디티브 제조 프로세스(additive manufacturing process)를 이용하여 이온 주입기의 관형(tubular) 컴포넌트의 측벽의 내부 표면과 외부 표면 사이에 도관(conduit)을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 애디티브 제조 프로세스는 적층되는 일련의 재료의 수평 층을 상기 컴포넌트의 원하는 구성으로 증착함으로써 상기 도관 및 상기 컴포넌트를 동시에 형성하는 단계를 포함하고, 상기 도관은 상기 도관의 내부 표면상에 형성된 양각(raised) 피처(feature)들의 세트를 포함하고, 상기 양각 표면 피처들의 세트는 상기 도관의 내부 구역내로 연장되고, 상기 도관은 상기 관형 컴포넌트의 상기 측벽의 전체 원주 둘레에 헬리컬(helical) 구성으로 형성되고, 상기 도관은 바닥 표면, 측벽들의 세트, 및 삼각형-형상의 최상부 부분에 의해 정의된 오각형 단면을 갖는, 방법.
in the method,
forming a conduit between an inner surface and an outer surface of a sidewall of a tubular component of an ion implanter using an additive manufacturing process, wherein the additive manufacturing process comprises: and simultaneously forming the conduit and the component by depositing a series of horizontal layers of material in a desired configuration of the component, the conduit having a set of raised features formed on an inner surface of the conduit. wherein the set of raised surface features extends into an inner region of the conduit, the conduit being formed in a helical configuration around the entire circumference of the side wall of the tubular component, the conduit comprising a bottom surface, a side wall A method having a pentagonal cross-section defined by a set of , and a triangular-shaped top portion.
청구항 6에 있어서, 상기 양각 피처들의 세트는 복수의 돌출부들, 및 복수의 리지(ridge)들 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.7. The method of claim 6, wherein the set of relief features includes at least one of a plurality of protrusions, and a plurality of ridges. 청구항 6에 있어서, 상기 관형 컴포넌트는 이온 소스를 포함하는, 방법.7. The method of claim 6, wherein the tubular component comprises an ion source. 청구항 6에 있어서, 압출 기반 기술들, 젯팅(jetting), 선택적 레이저 소결(sintering), 파우더/바인더 젯팅(jetting), 전자-빔 용융화(melting), 및 스테레오리소그래피 프로세스(stereolithographic process) 중 하나에 의해 상기 관형 컴포넌트 내에 내장되는 상기 도관을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.7. The method of claim 6 in one of the extrusion-based techniques, jetting, selective laser sintering, powder/binder jetting, e-beam melting, and a stereolithographic process. forming the conduit to be embedded within the tubular component by 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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